Consulta rectificadores salida SMPS

[seaarg]

Foro:

Tengo una duda que no puedo resolver y me rompe la cabeza.

Despues de ver muchos diseños de fuentes smps del tipo flyback, en todas vi que hay un solo diodo rectificador en la salida, o 2 diodos cuando es "fuente partida".

Sin embargo en otro tipo de fuentes, como la push pull se utiliza el puente de 4 diodos.

Estoy en proceso de diseño de una fuentecita flyback de 10W y en pruebas que hice puse puente de 4 diodos (tengo VCC+ GND y VCC-) sin embargo, a pesar de funcionar, esto contradice todos los diseños de flyback que vi.

¿Alguien sabe por que razon se pone 1 solo diodo rectificador y no puente completo de 4? Estoy pensando que rectificador de 1 solo diodo "desaprovecha" energia que podria ir al capacitor de salida, y produce mas ripple que un puente de 4 diodos.

¿Que tan equivocado estoy? duda existencial amigos! ¿Hay alguna razon de funcionamiento para poner solo 1 diodo?

 

[zopilote]

Una de las razones es la frecuencia de la onda rectificada, como es superior al de red (60 o 50 hz), al ser rectificada tendra un rippley muy inferior al de las fuentes comunes (transformador y puente de diodos), notandose en el pequeño condensador para su filtrado. Por eso de que solo usen un solo diodo.

 

[seaarg]

Pero mas alla de la frecuencia, asumiendo un transformador smps simple, de solo 2 terminales en el secundario. (voltaje positivo unicamente digamos)

¿No se desperdicia potencia al no utilizar la onda cuando polariza el diodo en inversa?

¿O es que en esta arquitectura nunca se polariza el diodo en inversa y poner el puente de 4 esta demas?

 

[wacalo]

hola seaarg: La tuya es una duda conceptual poco explorada creo yo, por la sencilla razón de que a pocos se nos ocurrió esa duda; como yo lo veo si tienes solo un elemento conmutador (1 MOSFET) tienes necesariamente una magnetización unidireccional del núcleo (en el caso de flyback) solo en el primer cuadrante), entonces cuando el mosfet cierra (conduce) el dispositivo (SMPS) almacena energía en el gap del núcleo (caso flyback) o en el inductor de salida (caso forward).
Analiza esto: En una forward la energía se transfiere "en fase" del primario al secundario, o sea cuando el MOSFET está ON, también está conduciendo el diodo en el secundario (no el freewheeling), y cuando el mosfet va al corte no hay ningún pulso de flyback en el primario (como si lo hay en una flyback) porque? porque no hay almacenada ninguna energía en el transformador.
Resumiendo: Si permites que la energía "fluya" del primario al secundario cuando el MOSFET está ON, entonces tu topología será forward y cuando mandes el MOSFET a OFF no te quedará nada de energía en el transformador para transferir, por lo que ¿Para qué poner otro diodo?
Si por el contrario, mientras tu MOSFET está en ON no permites que la energía "fluya" del primario al secundario, entonces deberás darle algún lugar en donde almacenarse hasta que pueda fluir (ese lugar es el gap), en este caso la energía fluye recién cuando el MOSFET se va al OFF.
Espero se entienda. Saludos

 

[seaarg]

Gracias!

Si yo utilizara un circuito diseño "tipo" flyback, o sea, con solo 1 mosfet conmutador (no push pull) pero con un nucleo sin gap (trafo de fuente de pc) en realidad estaria haciendo una fuente forward no es cierto? Y como tengo 1 solo elemento conmutador, tambien seria inutil poner un puente doble de Gratz (4 diodos) ya que como vos explicas, la energia fluye en ON y no hay nada en OFF.

¿Que sucede con la Fuerza contraelectromotriz (la conozco como back-emf, no se la traduccion al castellano) en el primario al apagar el mosfet? supongo que se va por el diodo del mosfet. ¿O al transferir esa energia al secundario no existe dicha fuerza?

Tendria que agarrar una fuentecita flyback que hice con 4 diodos de salida y ver con osciloscopio si realmente no hay un "voltaje negativo" digamosle, generado por la FEM en el primario. Esto lo digo sin saber pero si esa fuerza existe, al irse a tierra por el diodo del mosfet canal-n, deberia estar generando un voltaje en secundario de signo inverso, ¿no?

 

[alejandrow999]

seaarg, a mi parecer (yo no entiendo mucho de flybacks y forwards) el hecho de que una fuente (flyback) use un solo rectificador de salida y la otra (forward) use dos, pasa por el uso del inductor de salida en estas últimas.Me baso en esta página para decir esto: http://www.smps.us/topologies.html. Pues de ambas topologías hay variantes en sus circuitos del/ de los bobinado/s primario/s. Pero sus circuitos de salida son iguales entre flybacks y entre forwards. Adjunto un esquema:

Veamos el caso de la fuente Flyback:
- 1º: el transformador T1 le proporciona un pulso de tensión (positivo) a D1, cargando a C1 a la tensión del pulso.
- 2º: T1 proporciona un puso negativo y D1 bloquea el paso de corriente. C1 proporciona la tensión de salida, a costa de perder parte de su energía.
Así se logra una tensión continua, aunque con cierto rizado (pequeño, pero existente) de alta frecuencia. Entonces, L1 y C2 (que no es obligatorio ponerlos) atenúan esa componente de alta frecuencia. La regulación de tensión en esta topología no depende del filtro L1-C2.

¿Y la Forward?
- 1º: el transformador T2 proporciona un pulso positivo a D2, el cual conduce. D3 queda polarizado en inversa. Sobre L2 (acá debe estar si o si) aparece una tensión autoinducida que se opone al incremento de corriente que circula por ella, haciendo que la tensión de salida sea bastante menor que la que proporciona el transformador.Además, L2 acumula algo de energía en forma de campo magnético. C3 se carga a dicha tensión de salida.
- 2º: T2 proporciona una tensión negativa, por lo que D2 entra en corte.Entonces baja drásticamente la corriente que circula por L2. ¿Cómo responde ésta? Se autoinduce una tensión que promueve la circulación de corriente por la misma, y liberando así parte de su energía acumulada.Pero para que por L2 circule corriente, algún elemento debe proporcionarle una vía de retorno desde masa hasta el terminal donde está conectado D2. Y si D2 no conduce, ¿Quién lo hace? D3,ese diodo adicional propio de esta topología, que ahora queda polarizado en directa. Entonces: parte de la corriente de salida la proporciona L2, y el excedente lo proporciona C3.
Acá resumo el circuito en dos fases, e indico polaridades de la bobina:
Resumiendo, aquí es L2 y C3 los que permiten la regulación de tensión, y para su correcto funcionamiento dependen de D3.

Saludos.

 

[seaarg]

Por empezar, alejandro, muchas gracias por tu info, muy completa y me saca un poco la duda que puse en otro thread, sobre la funcion del inductor de salida en las forward.

Entonces, basandome en lo dicho por vos la forward es la que tiene mas de un diodo. Voy a pensar que pasa en la flyback en ambos estados del conmutador.

Flyback almacena la energia en el gap del trafo, por tanto cuando cierro el conmutador no tendria que estar saliendo energia hacia el secundario (supongo), y al abrirlo se libera dicha energia. Si esto fuese asi entonces comprendo porque solo 1 diodo: Para que poner otro (o puente de 4) si cuando el conmutador esta cerrado no hay energia en secundario.

 

[alejandrow999]

Exactamente!
Y de paso, agrego un par de explicaciones más:

En la fuente flyback:
1 - Cuando el conmutador conduce, circula corriente por el bobinado primario y el transformador almacena energía. El diodo de salida no conduce.
2 - Cuando el conmutador se abre, se invierten las tensiones en los bobinados del trafo, el diodo rectificador conduce y así el trafo libera su energía.

En la topología forward, en cambio:
1 - El conmutador (normalmente es solo uno) conduce,pasa corriente por el bobinado primario principal, el trafo acumula un poco de energía, el diodo (que marqué como D2) deja pasar corriente desde el bobinado secundario a la bobina de choque, el capacitor de filtro y la carga (directamente... creo que de ahí proviene el nombre "forward").
2 - El conmutador se cierra, y entonces el transformador primario libera su energía (normalmente, mediante un segundo "bobinado primario" y un diodo, a la alimentación) y el choque lo hace mediante D3 y la carga, como mencioné antes.

En resumen: las "polaridades" de los bobinados del transformador son vitales para que estas topologías funcionen, lo que no ocurre con las topologías push pull, half bridge, y fulll bridge.

Saludos.

 

[seaarg]

Muchas gracias alejandro, me quedo mas claro el porque de los diseños como son. Me parece muy importante saber el porque de cada elemento y no simplemente que funcione.

¿Esta info la obtenes del power supply cookbook o de la url que mencionaste mas arriba?

 

[alejandrow999]

¡No sé nada de inglés! Así que me manejo con lo que encuentro en castellano, y algún que otro gráfico. Y lo que no, es "chamullo", lisa y llanamente. En castellano la info sobre aplicaciones conmutadas (fuentes y convertidores switching, amplificadores clase D, E , T, ....) no es muy abundante, pero se puede encontrar igual algunas cosas interesantes.
Si sabés inglés (idioma odioso), acá Juan Romero recomendó hace mucho tiempo algunos libros interesantes que te pueden servir.

Saludos.

 

[seaarg]

¡No sé nada de inglés! Así que me manejo con lo que encuentro en castellano, y algún que otro gráfico. Y lo que no, es "chamullo", lisa y llanamente. En castellano la info sobre aplicaciones conmutadas (fuentes y convertidores switching, amplificadores clase D, E , T, ....) no es muy abundante, pero se puede encontrar igual algunas cosas interesantes.
Si sabés inglés (idioma odioso), acá Juan Romero recomendó hace mucho tiempo algunos libros interesantes que te pueden servir.

Saludos.

Si los vi, estaba esperando una pausa en mi trabajo para imprimirlos y leerlos detenidamente. Amigate con el ingles, hay muchisima info!